Nouveau spin, étrange pulsar

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Victoria M. Kaspi, professeur adjoint de physique au Centre for Space Research du MIT, dans le cadre d’un congé sabbatique de l’Université McGill à Montréal (elle y retourne en août), a découvert qu’un de ces AXP avait été le théâtre d’un "tremblement d’étoile" -- perturbation catastrophique et brutale à l’intérieur de l’étoile -- comparable aux tremblements observés sur les étoiles à neutrons ordinaires. Cela confirme que l’AXP est bel et bien une étoile à neutrons dotée de propriétés étrangement comparables à celles de ses cousines dites "normales."

Cette observation pourrait également confirmer l’hypothèse de l’existence des magnétars, ces étoiles à neutrons mille fois plus magnétiques que les étoiles à neutrons ordinaires dont le champ magnétique est déjà très intense. Victoria Kaspi a présenté les résultats des travaux issus d’observations effectuées avec le satellite Rossi XTE aujourd’hui à 14h, heure normale de l’Est, à la conférence Rossi 2000 qui a eu lieu au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt (Maryland).

Les collaborateurs de Victoria Kaspi sont une étudiante de premier cycle du MIT, Jessica Lackey, dont le mémoire sert de base à ces travaux, et Deepto Chakrabarty, professeur adjoint au Centre for Space Research. "Nous nous doutions que des phénomènes du même ordre que les tremblements de terre pouvaient survenir sur ces étoiles, mais nous n’avions pas l’instrument pour le vérifier, souligne Mme Kaspi. Aucun satellite doté de détecteurs X mis en orbite n’avait eu jusqu’à présent l’aptitude d’observer ces objets aussi souvent et aussi régulièrement que nous l’aurions souhaité. Grâce au satellite Rossi XTE, nous avons désormais la certitude que des perturbations surviennent sur les AXP et nous pouvons désormais les étudier de l’intérieur en ayant recours à l’astéroséismologie, tout comme les géologues étudient la terre à partir des tremblements de terre."

L’étoile à neutrons est le résidu d’une étoile dont la masse a déjà été plusieurs fois celle du soleil et qui après avoir brûlé par fusion nucléaire tout son carburant d’hydrogène, a fini par s’effondrer. Le noyau restant, qui possède une masse à peu près équivalente à celle du Soleil, s’effondre pour former un astre d’un rayon d’environ 10 km. Cet effondrement a pour effet d’accélérer la rotation de l’étoile à neutrons, phénomène qui n’est pas sans évoquer la patineuse qui tourne de plus en plus vite sur elle-même avant de s’accroupir sur la glace, bras tendus. Le pulsar est une étoile à neutrons qui tourne rapidement sur elle-même et émet un rayonnement sous forme de pulsations dans le domaine des ondes radio. Les rayonnements proviennent essentiellement des régions polaires de l’étoile à neutrons et sont canalisés par de puissants champs magnétiques. Depuis la Terre, nous voyons ces pulsations chaque fois que les régions polaires impriment un mouvement rotatif dans notre direction, à l’instar d’un phare marin.

On sait que les pulsars émettent des ondes radio depuis leur découverte en 1967. Avec l’arrivée des satellites munis de détecteurs X, toutefois, les astronomes ont découvert que de nombreux pulsars émettaient également des rayonnements X. Une poignée d’entre eux n’émettent en fait que des rayons X. Les AXP qui tournent lentement sur eux-mêmes figurent parmi les pulsars à rayons X seulement et il appartient désormais aux astronomes d’essayer de déterminer si les AXP ont un lien de parenté avec les pulsars émetteurs d’ondes radio.

Pour pouvoir percer ce mystère, l’équipe du MIT/McGill devait obtenir la preuve que les AXP subissaient les mêmes perturbations que les pulsars émetteurs d’ondes radio. L’une de ces perturbations se traduit parfois par une brusque accélération de la vitesse de rotation. Ce changement de régime est probablement dû à un phénomène de type tremblement de terre, qui survient dans les entrailles de l’étoile, sous la croûte. L’équipe de Victoria Kaspi a donc entrepris de surveiller étroitement les spins de plusieurs AXP dans l’espoir d’y déceler un tremblement.

Après deux ans d’observation et d’attente, sa patience a été finalement récompensée: l’une de ses cibles, baptisée1RXSJ1708-4009, a commencé en effet à tourner plus vite. "Nous sommes ravis! Ce que nous avons observé est pratiquement identique à ce qui a été observé sur le pulsar Vela", souligneVictoria Kaspi. (Le pulsar Vela est une étoile à neutrons bien étudiée d’un système voisin qui a explosé il y a vingt mille ans environ.) Cela prouve que l’AXP est une étoile à neutrons dotée d’une structure interne comparable à celle des pulsars qui émettent des ondes radio."

Il n’existe que cinq AXP recensés. Victoria Kaspi prétend qu’il doit y en avoir davantage, mais qu’il est difficile de les identifier car ils sont isolés et n’émettent que des rayonnements X. Les télescopes optiques et X ne peuvent par conséquent les repérer. Le satellite Rossi XTE est, avec trois ou quatre autres satellites, le seul qui puisse traquer les AXP. Les étoiles fortement magnétisées ou "magnétars", si elles existent, sont des étoiles à neutrons émettant des champs magnétiques tellement puissants qu’ils peuvent effacer les informations contenues sur une carte de crédit à une distance équivalant à la moitié de la distance de la Terre à la Lune. La galaxie abrite quelques puissantes étoiles magnétiques de ce genre. Les observations faites sur l’AXP confirment l’hypothèse de l’existence de ces étoiles magnétisées, prétend Victoria Kaspi, sans en fournir la preuve irréfutable. "Seules la patience et l’observation assidue de ces étranges étoiles pourront le dire", conclut-elle.

Le travail de Victoria Kaspi et de ses collègues représente le dernier chapitre de la connaissance de ces étranges objets observés pour la première fois dans les années 1990 par un satellite japonais du nom de Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics. Elle espère que l’identification de la nature de l’AXP permettra de comprendre des objets aussi rares et étonnants, comme les étoiles fortement magnétisées et celles qui émettent des rayons gamma "mous" à intervalles réguliers (soft gamma-ray repeaters), qui sont peut-être apparentés aux AXP.

Rossi 2000 est la première conférence des astronomes et théoriciens utilisant le satellite Rossi XTE, lancé par la NASA en décembre1995. Plus de 150 chercheurs ont assisté à la conférence qui a eu lieu du 22 au 24 mars dernier. Des photos sont disponibles sur le web.